生物学和技术之间的界限正在变得模糊。瑞典隆德大学和哥德堡大学(Gothenburg university)的研究人员利用人体分子作为触发器，成功地在活体组织中培育出电极。这一结果发表在《科学》杂志上，为在生物体内形成完全集成的电子电路铺平了道路。
在微电路上测试可注射凝胶
图片来源:Thor Balkhed
“几十年来，我们一直试图创造模拟生物学的电子产品。现在我们让生物为我们创造电子器件，”林雪平大学有机电子实验室（LOE）的Magnus Berggren教授说。
将电子设备与生物组织连接起来，对于理解复杂的生物功能、对抗大脑疾病，以及开发未来人机界面都非常重要。然而，与半导体工业并行发展的传统生物电子学具有固定和静态的设计，即使不是不可能，也很难与活的生物信号系统结合起来。
为了弥合生物学和技术之间的差距，研究人员开发了一种在活体组织中制造柔软、无基质的电子导电材料的方法。通过注射含有酶的凝胶作为“组装分子”，研究人员能够在斑马鱼和药用水蛭的组织中生长电极。
“与身体物质的接触会改变凝胶的结构，使其导电，而注射前是不导电的。根据组织的不同，我们还可以调整凝胶的成分，让电过程继续进行，”LOE和隆德大学的研究员、该研究的主要作者之一Xenofon Strakosas说。
人体的内源性分子足以触发电极的形成。不需要基因改造或外部信号，如光或电能，这在以前的实验中是必要的。瑞典研究人员是世界上第一个在这方面取得成功的人。
他们的研究为生物电子学的新范式铺平了道路。以前是通过植入的物理物体来启动体内的电子过程，而未来注射一种粘性凝胶就足够了。
在他们的研究中，研究人员进一步表明，该方法可以将电子传导材料定向到特定的生物亚结构，从而为神经刺激创造合适的界面。从长远来看，在生物体内制造完全集成的电子电路是可能的。
在隆德大学进行的实验中，该团队成功地在斑马鱼的大脑、心脏和尾鳍以及药用水蛭的神经组织周围实现了电极的形成。动物没有受到注射凝胶的伤害，也没有受到电极形成的影响。这些试验面临的众多挑战之一是将动物的免疫系统考虑在内。
“通过对化学成分进行巧妙的改变，我们能够开发出可被脑组织和免疫系统接受的电极。斑马鱼是研究大脑中有机电极的极好模型，”隆德大学医学院的Roger Olsson教授说，他在哥德堡大学也有一个化学实验室。
正是Roger Olsson教授在阅读了林雪平大学研究人员在2015年开发的电子玫瑰后，主动提出了这项研究。一个研究问题，也是植物和动物之间的一个重要区别，是细胞结构的不同。植物有坚硬的细胞壁，可以形成电极，而动物细胞更像一团柔软的东西。在这样的环境中，创造一种具有足够结构和正确的物质组合来形成电极的凝胶，这是一个挑战，花了很多年才解决。
“我们的研究结果为思考生物学和电子学开辟了全新的方式。我们仍然有一系列问题需要解决，但这项研究是未来研究的一个很好的起点，”LOE的博士生、主要作者之一Hanne Biesmans说。
参考文献
Metabolite-induced in vivo fabrication of substrate-free organic bioelectronics
